지난 1편에서는 금형이 무엇인지, 그리고 금형을 사용하면 어떤 장점이 있는지 살펴보았습니다. 이번 편에서는 금형이 어떻게 분류되는지, 특히 플라스틱 금형에는 어떤 종류가 있는지 자세히 알아보겠습니다.
금형은 사용하는 성형 재료와 성형품의 특성에 따라 다양하게 분류됩니다. 이 분류를 이해하면 어떤 제품을 만들 때 어떤 금형을 사용해야 하는지 알 수 있습니다.
| 대분류 | 중분류 | 소분류 | 세부분류 |
|---|---|---|---|
| 몰드계 금형 (Mold) |
음식물(Food) 성형 금형 | – | – |
| 플라스틱(Plastic) 성형 금형 | 단순 성형 금형 | – | |
| 복합 성형 금형 | – | ||
| 고무(Rubber) 성형 금형 | – | – | |
| 유리(Glass) 성형 금형 | – | – | |
| 다이스계 금형 (Dies) |
프레스 금형 | 단발형 | 전단 금형 |
| 압축 금형 | |||
| 멀티 포밍 금형 | |||
| 순송형 | 트랜스퍼 금형 | ||
| 프로그레시브 금형 | |||
| 다이캐스팅 (Die-Casting) |
주조/주물 성형 금형 | – | – |
금형의 대분류 – 몰드계와 다이스계
금형은 크게 몰드계 금형(Mold)과 다이스계 금형(Dies)으로 나눌 수 있습니다. 이 두 가지는 재료를 성형하는 원리가 근본적으로 다릅니다.
몰드계 금형(Mold)
몰드계 금형은 재료의 유동성을 이용합니다. 재료를 녹이거나 액체 상태로 만든 후 틀에 부어서 원하는 형상을 만드는 방식입니다. 몰드계 금형에는 다음과 같은 종류가 있습니다.
음식물(Food) 성형 금형은 초콜릿, 젤리, 아이스크림 등 식품을 성형할 때 사용합니다. 식품 안전 기준에 맞는 재료로 만들어집니다.
플라스틱(Plastic) 성형 금형은 우리가 주로 다루는 금형입니다. 플라스틱 수지를 녹여서 성형합니다. 플라스틱 성형 금형은 다시 단순 성형 금형과 복합 성형 금형으로 나뉩니다.
고무(Rubber) 성형 금형은 타이어, 고무 패킹, 고무장갑 등 고무 제품을 만들 때 사용합니다. 고무는 플라스틱과 다른 특성을 가지므로 금형 설계도 다르게 합니다.
유리(Glass) 성형 금형은 유리병, 유리 용기 등을 만들 때 사용합니다. 유리는 매우 높은 온도에서 녹기 때문에 금형도 고온에 견딜 수 있어야 합니다.
다이스계 금형(Dies)
다이스계 금형은 재료의 소성과 전연성을 이용합니다. 주로 금속 판재를 프레스로 눌러서 원하는 형상을 만드는 방식입니다. 다이스계 금형 중 프레스 금형에는 다음과 같은 종류가 있습니다.
단발형 금형은 프레스 한 번으로 하나의 공정을 완료하는 금형입니다. 단발형에는 전단 금형(재료를 자르는 금형), 압축 금형(재료를 누르는 금형), 멀티 포밍 금형(여러 방향으로 성형하는 금형)이 있습니다.
순송형 금형은 재료가 여러 공정을 순차적으로 통과하면서 성형되는 금형입니다. 트랜스퍼 금형은 제품을 이송 장치로 다음 공정으로 옮기면서 성형합니다. 프로그레시브 금형은 띠 형태의 재료가 금형 안에서 한 스텝씩 이동하면서 연속으로 성형됩니다.
다이캐스팅(Die-Casting)
다이캐스팅은 주조/주물 성형 금형의 일종입니다. 녹인 금속을 고압으로 금형에 주입하여 성형하는 방법입니다. 자동차 부품, 전자제품 하우징 등 금속 제품을 대량으로 생산할 때 많이 사용합니다.
플라스틱 금형의 성형법상 분류
플라스틱 금형은 성형 방법에 따라 여러 종류로 나뉩니다. 각 성형법마다 사용하는 재료와 금형 재질이 다릅니다. 금형 재질로는 주로 합금강, 알루미늄, 합금주철, 베릴륨강 등이 사용됩니다.
플라스틱 성형 금형 분류표
| 성형 방법 | 성형 재료 | 특징 |
|---|---|---|
| 사출성형 금형 | 열가소성 수지 | 가장 널리 사용 |
| 압축성형 금형 | 열경화성 수지 | 가열 가압 성형 |
| 이송성형 금형 | 열경화성 수지 | 재료 이송 후 성형 |
| 압출성형 금형 | 열가소성 수지 | Pipe, Sheet 등 |
| 블로우성형 금형 | 열가소성 수지 | 중공(속 빈) 제품 |
| 진공성형 금형 | 열가소성 수지 필름 | 진공 흡입 성형 |
| 압공성형 금형 | 열가소성 수지 필름 | 압축 공기 성형 |
| 발포성형 금형 | 열가소성 수지 | 스티로폼 등 |
사출성형 금형
사출성형 금형은 플라스틱 금형 중 가장 널리 사용되는 금형입니다. 플라스틱(Resin) 소재를 이용하여 열을 가하여 녹인 용융된 재료가 정해진 틀로 주입되어 일정한 시간을 거치면서 원하는 형상의 제품을 생산합니다.
사출성형의 3대 요건은 사용 수지, 금형, 성형기입니다. 이 세 가지가 모두 갖추어져야 사출성형이 가능합니다.
더 기술적으로 설명하면, 가소성 물질을 사출성형기의 실린더 내부에서 가열기로 유동화시켜 가압 플린저로 금형 속에 압입하는 성형법에 사용하는 금형입니다. 사출 금형의 역할은 제품의 형상을 구현하고 냉각 고화시켜 취출 가능하게 하는 것입니다.
사출성형의 장점
사출성형에는 다음과 같은 장점이 있습니다. 생산성이 높고, 큰 부피의 제품 성형이 가능하며, 자동화가 가능합니다. 또한 별도의 마무리 작업이 필요 없고, 자유로운 형상을 만들 수 있습니다.
성형품에 다른 재료를 인서트하여 가공할 수 있고, 수지에 보강재(유리섬유, 탄소 등)를 혼합할 수 있습니다. 이런 특징 덕분에 복잡한 형상의 복합 재료 제품도 만들 수 있습니다.
사출성형의 단점
사출성형에는 단점도 있습니다. 언더컷(금형이 열릴 때 빠지지 않는 부분)이 있을 경우 금형의 가격이 높아집니다. 성형 사출기 및 부대 장치의 가격이 높습니다.
성형품의 품질을 빠르게 결정할 수 없고, 성형 과정의 기본 지식을 모르면 문제를 야기시킬 수 있습니다. 또한 사출성형 과정을 잘 제어할 수 없다는 점도 단점입니다.
사출성형 장단점 비교표
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 생산성이 높음 | 언더컷이 있을 경우 금형의 가격이 높음 |
| 큰 부피의 제품 성형이 가능함 | 성형 사출기 및 부대 장치의 가격이 높음 |
| 자동화가 가능함 | 성형품의 품질을 빠르게 결정할 수 없음 |
| 별도의 마무리 작업이 필요 없음 | 성형 과정의 기본 지식을 모르면 문제를 야기시킬 수 있음 |
| 자유로운 형상을 만들 수 있음 | 사출성형 과정을 잘 제어할 수 없음 |
| 성형품에 다른 재료를 인서트하여 가공할 수 있음 | |
| 수지에 보강재(유리섬유, 탄소 등)를 혼합할 수 있음 |
압축성형 금형
압출성형 금형은 다이에 플라스틱 수지인 소재를 넣어 램으로 밀어내 길게 뽑는 성형법에서 사용되는 금형입니다. 램(Ram)은 재료를 밀어내는 피스톤 형태의 부품입니다.
압출 성형용 금형은 보통 압출 Die라고 부릅니다. 열가소성 수지를 가열 용융시켜 압출기에서 압출 Die의 형상에 따라 Pipe, Sheet, Bar 등의 긴 부품을 생산합니다. 빨대, 호스, 플라스틱 파이프 등이 압출성형으로 만들어집니다.
블로우(Blow)성형 금형
블로우성형 금형은 압출이나 사출에 의해 튜브 상으로 예비성형(Parison)을 하고 금형에 끼워 내부로 공기를 불어넣어 부풀게 한 뒤 냉각 고화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 성형법에 사용됩니다. 일명 중공성형이라고도 합니다.
병 속에 풍선을 넣고 부는 것과 유사한 공정입니다. 예비성형(Parison)이란 블로우 성형 전에 미리 튜브 형태로 만들어 놓은 것을 말합니다. 페트병, 물통, 세제 용기 등이 블로우성형으로 만들어집니다.
진공성형 금형
진공성형 금형은 수컷형 또는 암컷형 틀 중 하나의 형태를 이용하여 가열 연화시킨 플라스틱 시트를 누르고, 플라스틱 시트와 형식 사이에 있는 공기를 진공으로 흡입하여 형식에 밀착시켜 시트를 성형하는 방법에서 사용하는 금형입니다.
열가소성 수지 필름을 사용하며, 일회용 식품 용기, 포장 트레이 등이 진공성형으로 만들어집니다. 금형 비용이 상대적으로 저렴하고 대형 제품 생산에 적합합니다.
이번 편 핵심 정리
이번 글에서는 금형의 분류 체계를 살펴보았습니다. 금형은 몰드계 금형과 다이스계 금형으로 대분류되며, 플라스틱 성형 금형에는 사출성형, 압축성형, 압출성형, 블로우성형, 진공성형, 압공성형, 발포성형 등 다양한 종류가 있습니다.
각 성형법은 사용하는 재료(열가소성/열경화성 수지)와 제품 특성에 따라 선택됩니다. 사출성형이 가장 널리 사용되며, 생산성이 높고 다양한 형상을 만들 수 있다는 장점이 있습니다.
다음 편 예고
다음 편에서는 기타 금형 분류인 인발성형 금형, 회전성형 금형과 특수 사출성형 금형의 종류에 대해 알아보겠습니다. 특히 금속 인서트 사출성형과 이색 사출성형에 대해 상세히 설명하겠습니다.
